JP2016082012A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
図5は、従来のNチャネルLDMOS(Lateral Diffused MOS)を説明するための断面図である。
NチャネルLDMOSはP型シリコン基板101を有し、このP型シリコン基板101にはN型埋め込み拡散層102が形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a conventional N-channel LDMOS (Lateral Diffused MOS).
The N-channel LDMOS has a P-type silicon substrate 101, and an N-type buried diffusion layer 102 is formed on the P-type silicon substrate 101.
N型埋め込み拡散層102上にはエピタキシャル層が形成され、そのエピタキシャル層にはN型ウェル103が形成されている。N型ウェル103上にはオフセット絶縁膜としてのフィールド絶縁膜104が形成されている。N型ウェル103にはP型ボディー領域拡散層105が形成されており、P型ボディー領域拡散層105にはP+型ボディーコンタクト領域拡散層105aが形成されている。N型ウェル103及びP型ボディー領域拡散層105上にはゲート絶縁膜106が形成されており、フィールド絶縁膜104及びゲート絶縁膜106上にはゲート電極107が形成されている。 An epitaxial layer is formed on the N-type buried diffusion layer 102, and an N-type well 103 is formed in the epitaxial layer. A field insulating film 104 as an offset insulating film is formed on the N-type well 103. A P-type body region diffusion layer 105 is formed in the N-type well 103, and a P + -type body contact region diffusion layer 105 a is formed in the P-type body region diffusion layer 105. A gate insulating film 106 is formed on the N-type well 103 and the P-type body region diffusion layer 105, and a gate electrode 107 is formed on the field insulating film 104 and the gate insulating film 106.
N型ウェル103にはN+型ドレイン領域拡散層109がフィールド絶縁膜104に対して自己整合的に形成されている。P型ボディー領域拡散層105にはN+型ソース領域拡散層108がゲート電極107に対して自己整合的に形成されている。なお、上記のLDMOSと類似するLDMOSは特許文献1に開示されている。 An N + -type drain region diffusion layer 109 is formed in the N-type well 103 in a self-aligned manner with respect to the field insulating film 104. An N + type source region diffusion layer 108 is formed in the P type body region diffusion layer 105 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 107. An LDMOS similar to the above-described LDMOS is disclosed in Patent Document 1.
高耐圧かつ能力が高いLDMOSでは、ドレイン領域拡散層109の付近に電界が集中しやすくなる。以下に詳細に説明する。 In an LDMOS with high breakdown voltage and high capability, the electric field tends to concentrate near the drain region diffusion layer 109. This will be described in detail below.
N型埋め込み拡散層102の電位は、ドレイン領域拡散層109の電位とソース領域拡散層108の電位の間の電位となる。また、N型埋め込み拡散層102の電位は、ソース領域拡散層108とN型埋め込み拡散層102との間と、ドレイン領域拡散層109とN型埋め込み拡散層102との間の寄生抵抗で分圧された電位となる。そのため、N型埋め込み拡散層102の電位は、レイアウトに依存することが大きく、不安定となることがある。従って、N型埋め込み拡散層102の電位がソース領域拡散層108の電位に近くなるとドレイン領域拡散層109の付近で電界集中しやすくなる。なお、一般的にドレイン領域拡散層109に比べボディー領域拡散層105の方が大きく、ゲート電極107がフィールドプレートとなるため、ソース領域拡散層108の方が電界集中しにくいといえる。 The potential of the N-type buried diffusion layer 102 is a potential between the potential of the drain region diffusion layer 109 and the potential of the source region diffusion layer 108. The potential of the N-type buried diffusion layer 102 is divided by the parasitic resistance between the source region diffusion layer 108 and the N-type buried diffusion layer 102 and between the drain region diffusion layer 109 and the N-type buried diffusion layer 102. It becomes the electric potential. Therefore, the potential of the N-type buried diffusion layer 102 largely depends on the layout and may become unstable. Therefore, when the potential of the N-type buried diffusion layer 102 is close to the potential of the source region diffusion layer 108, the electric field tends to concentrate near the drain region diffusion layer 109. In general, the body region diffusion layer 105 is larger than the drain region diffusion layer 109, and the gate electrode 107 serves as a field plate. Therefore, it can be said that the source region diffusion layer 108 is less likely to concentrate an electric field.
また、N型埋め込み拡散層102があるLDMOSでは、埋め込み拡散層102の電位をドレイン領域拡散層109の電位に固定して使う場合が多い。この場合、埋め込み拡散層102にドレイン電流が流れることで、埋め込み拡散層102の電位が不安定となり、ドレイン領域拡散層109での電界集中が顕著となる。 Further, in an LDMOS having the N-type buried diffusion layer 102, the potential of the buried diffusion layer 102 is often fixed to the potential of the drain region diffusion layer 109 in many cases. In this case, the drain current flows through the buried diffusion layer 102, the potential of the buried diffusion layer 102 becomes unstable, and the electric field concentration in the drain region diffusion layer 109 becomes significant.
上記のドレイン領域拡散層109での電界集中を抑制するために以下の方法が考えられる。
エピタキシャル層に低抵抗のN型拡散層(plug)を設け、そのN型拡散層をガードリングのようにN型埋め込み拡散層102の外周に位置させる。そして、そのN型拡散層を介して埋め込み拡散層102にドレイン電位を印加して埋め込み拡散層102の電位をドレイン電位に固定化する。これにより、ドレイン領域拡散層109での電界集中を抑制することができる。
In order to suppress the electric field concentration in the drain region diffusion layer 109, the following method can be considered.
A low-resistance N-type diffusion layer (plug) is provided in the epitaxial layer, and the N-type diffusion layer is positioned on the outer periphery of the N-type buried diffusion layer 102 like a guard ring. Then, a drain potential is applied to the buried diffusion layer 102 through the N-type diffusion layer to fix the potential of the buried diffusion layer 102 to the drain potential. Thereby, electric field concentration in the drain region diffusion layer 109 can be suppressed.
しかし、上記の方法では、ガードリングのように設けるN型拡散層を低抵抗にするために大面積のN型拡散層を形成する必要がある。詳細には、N型拡散層を低抵抗に埋め込み拡散層102に接触させるためには、不純物イオンをエピタキシャル層の厚さ相当まで拡散させる必要がある。その結果、その不純物イオンは横方向にも高濃度に広がるため、大面積のN型拡散層が形成され、チップ面積を占有することになる。従って、素子を配置できない面積が増加するという欠点がある。 However, in the above method, it is necessary to form a large-area N-type diffusion layer in order to reduce the resistance of the N-type diffusion layer provided like a guard ring. Specifically, in order to bring the N-type diffusion layer into contact with the diffusion layer 102 with a low resistance, it is necessary to diffuse the impurity ions up to the thickness of the epitaxial layer. As a result, the impurity ions spread in a high concentration in the lateral direction, so that a large-area N-type diffusion layer is formed and occupies the chip area. Therefore, there is a drawback that the area where elements cannot be arranged increases.
また、大面積のLDMOSでは、埋め込み拡散層102の電位をドレイン電位に固定化する上記の方法を用いても次の問題が発生することがある。大面積のLDMOSでは、埋め込み拡散層102も大面積になるため、埋め込み拡散層102の寄生抵抗によりドレイン電位が安定化しない。つまり、大面積のLDMOSでは、並列のトランジスターの数が多く、トランジスターのゲート幅が大きいため、ドレイン電流が大きくなる。埋め込み拡散層の中央はガードリングのように設けたN型拡散層までの距離が大きくなるために寄生抵抗が大きくなる。埋め込み拡散層にドレイン電流の一部が流れる。そのため、埋め込み拡散層の寄生抵抗によってドレイン電流が電圧降下し、埋め込み拡散層の中央の電位はソース領域拡散層の電位に近くなる。その結果、ドレイン領域拡散層の付近で電界集中しやすくなる。 In addition, in a large-area LDMOS, the following problem may occur even when the above-described method of fixing the potential of the buried diffusion layer 102 to the drain potential is used. In a large area LDMOS, the buried diffusion layer 102 also has a large area, so that the drain potential is not stabilized by the parasitic resistance of the buried diffusion layer 102. That is, in a large area LDMOS, the number of parallel transistors is large and the gate width of the transistors is large, so that the drain current increases. In the center of the buried diffusion layer, the parasitic resistance increases because the distance to the N-type diffusion layer provided like a guard ring increases. A part of the drain current flows in the buried diffusion layer. Therefore, the drain current drops due to the parasitic resistance of the buried diffusion layer, and the central potential of the buried diffusion layer becomes close to the potential of the source region diffusion layer. As a result, the electric field tends to concentrate near the drain region diffusion layer.
本発明の幾つかの態様は、ドレイン領域の付近で電界が集中するのを抑制した半導体装置及びその製造方法に関連している。 Some embodiments of the present invention relate to a semiconductor device that suppresses concentration of an electric field in the vicinity of a drain region and a manufacturing method thereof.
本発明の一態様は、第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層に形成された第1導電型のドレイン領域と、前記第1の半導体層に形成された第2導電型のボディー領域と、前記ボディー領域に形成された第1導電型のソース領域と、前記第1の半導体層上に形成され、前記ドレイン領域と前記ボディー領域との間に位置するフィールド絶縁膜と、前記第1の半導体層及び前記ボディー領域上に形成され、前記ドレイン領域と前記ソース領域との間に位置するゲート絶縁膜と、前記フィールド絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記第1の半導体層に形成された第1導電型の第1の不純物領域と、を具備し、前記第1の不純物領域は、少なくとも一部が前記ドレイン領域と平面視で重なり、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記第1の不純物領域との第2の距離が大きく、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記ボディー領域と前記第1の不純物領域との第3の距離が大きいことを特徴とする半導体装置である。 One embodiment of the present invention includes a first semiconductor layer of a first conductivity type, a drain region of a first conductivity type formed in the first semiconductor layer, and a second layer formed in the first semiconductor layer. A conductive type body region; a first conductive type source region formed in the body region; and a field insulating film formed on the first semiconductor layer and positioned between the drain region and the body region. A gate insulating film formed on the first semiconductor layer and the body region and positioned between the drain region and the source region; and a gate formed on the field insulating film and the gate insulating film. An electrode and a first impurity region of a first conductivity type formed in the first semiconductor layer, wherein the first impurity region at least partially overlaps the drain region in plan view, The field The second distance between the end of the field insulating film on the source region side and the first impurity region is larger than the first distance between the end of the film on the source region side and the drain region, A semiconductor device, wherein a third distance between the body region and the first impurity region is larger than a first distance between an end of the field insulating film on the source region side and the drain region. It is.
上記本発明の一態様によれば、第1の不純物領域、ドレイン領域、フィールド絶縁膜及びボディー領域の相互の位置関係を上記のようにすることで、第1の不純物領域からドレイン領域までの電圧降下が小さくなる。それにより、第1の不純物領域の電圧が安定化し、ドレイン領域の付近で電界が集中するのを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the voltage from the first impurity region to the drain region can be obtained by setting the positional relationship among the first impurity region, the drain region, the field insulating film, and the body region as described above. The descent is reduced. Thereby, the voltage of the first impurity region is stabilized, and the concentration of the electric field in the vicinity of the drain region can be suppressed.
なお、第1の半導体層とは、種々の半導体基板及びエピタキシャル層を含み、半導体基板またはエピタキシャル層に形成されたウェルまたは不純物拡散層も含む意味である。 Note that the first semiconductor layer includes various semiconductor substrates and epitaxial layers, and also includes a well or an impurity diffusion layer formed in the semiconductor substrate or the epitaxial layer.
また、上記本発明の一態様において、前記第1の不純物領域に接する第1導電型の第2の不純物領域を有し、前記第2の不純物領域は、平面視で前記ドレイン領域、前記ソース領域、前記ボディー領域及び前記ゲート電極と重なる。これにより、第1の不純物領域及び第2の不純物領域によってソース領域から第1及び第2の不純物領域を経由したドレイン電流を増加させることができる。 Further, in one embodiment of the present invention, the first impurity region has a second impurity region in contact with the first impurity region, and the second impurity region includes the drain region and the source region in plan view. , Overlapping the body region and the gate electrode. As a result, the drain current from the source region via the first and second impurity regions can be increased by the first impurity region and the second impurity region.
また、上記本発明の一態様において、前記第2の不純物領域は、前記第1の半導体層下に位置する第2の半導体層に形成されている。なお、第2の半導体層とは、種々の半導体基板及びエピタキシャル層を含み、半導体基板またはエピタキシャル層に形成されたウェルまたは不純物拡散層も含む意味である。 In the above embodiment of the present invention, the second impurity region is formed in a second semiconductor layer located below the first semiconductor layer. Note that the second semiconductor layer includes various semiconductor substrates and epitaxial layers, and also includes wells or impurity diffusion layers formed in the semiconductor substrate or epitaxial layers.
また、上記本発明の一態様において、前記第1の不純物領域は、前記ドレイン領域と接する。これにより、ドレイン領域での電界集中をより効果的に抑制することができる。 In the embodiment of the present invention, the first impurity region is in contact with the drain region. Thereby, the electric field concentration in the drain region can be more effectively suppressed.
本発明の一態様は、半導体基板に第1導電型の第2の不純物領域を形成し、前記第2の不純物領域に第1導電型の第1の不純物領域を形成し、前記第1の不純物領域及び前記第2の不純物領域を含む前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、前記エピタキシャル層に第1導電型のウェルを形成し、前記ウェルに前記第1の不純物領域の不純物を熱拡散させ、前記ウェル上にフィールド絶縁膜を形成し、前記ウェルに第2導電型のボディー領域を形成し、前記ウェル及び前記ボディー領域上にゲート絶縁膜を形成し、前記フィールド絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、前記ウェルに第1導電型のドレイン領域を前記フィールド絶縁膜に対して自己整合的に形成し、且つ前記ボディー領域に第1導電型のソース領域をゲート電極に対して自己整合的に形成し、前記フィールド絶縁膜は、前記ドレイン領域と前記ボディー領域との間に位置し、前記第1の不純物領域は、少なくとも一部が前記ドレイン領域と平面視で重なり、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記第1の不純物領域との第2の距離が大きく、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記ボディー領域と前記第1の不純物領域との第3の距離が大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 According to one embodiment of the present invention, a second impurity region of a first conductivity type is formed in a semiconductor substrate, a first impurity region of the first conductivity type is formed in the second impurity region, and the first impurity Forming an epitaxial layer on the semiconductor substrate including the region and the second impurity region, forming a first conductivity type well in the epitaxial layer, and thermally diffusing the impurity of the first impurity region in the well; Forming a field insulating film on the well; forming a second conductivity type body region on the well; forming a gate insulating film on the well and the body region; and the field insulating film and the gate insulating film. A gate electrode is formed thereon, a drain region of the first conductivity type is formed in the well in a self-aligned manner with respect to the field insulating film, and a source region of the first conductivity type is formed in the body region. The field insulating film is positioned between the drain region and the body region, and at least a part of the first impurity region is planarly viewed from the drain region. And the end of the field insulating film on the source region side and the first impurity region are larger than the first distance between the end of the field insulating film on the source region side and the drain region. 2 is large, and the third distance between the body region and the first impurity region is larger than the first distance between the end of the field insulating film on the source region side and the drain region. A method for manufacturing a semiconductor device.
上記本発明の一態様によれば、第1の不純物領域、ドレイン領域、フィールド絶縁膜及びボディー領域の相互の位置関係を上記のようにすることで、第1の不純物領域からドレイン領域までの電圧降下が小さくなる。それにより、第1の不純物領域の電圧が安定化し、ドレイン領域の付近で電界が集中するのを抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, the voltage from the first impurity region to the drain region can be obtained by setting the positional relationship among the first impurity region, the drain region, the field insulating film, and the body region as described above. The descent is reduced. Thereby, the voltage of the first impurity region is stabilized, and the concentration of the electric field in the vicinity of the drain region can be suppressed.
また、上記本発明の一態様において、前記第2の不純物領域は、平面視で前記ドレイン領域、前記ソース領域、前記ボディー領域及び前記ゲート電極と重なる。これにより、第1の不純物領域及び第2の不純物領域によってソース領域から第1及び第2の不純物領域を経由したドレイン電流を増加させることができる。 In the above embodiment of the present invention, the second impurity region overlaps the drain region, the source region, the body region, and the gate electrode in plan view. As a result, the drain current from the source region via the first and second impurity regions can be increased by the first impurity region and the second impurity region.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.
[実施の形態1]
図1(A)は、本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図である。図1(B)は、図1(A)の断面をA平面の矢印で切断した領域の平面図であり、図1(C)は、図1(A)の断面をB平面の矢印で切断した領域の平面図である。この半導体装置はNチャネルLDMOSである。
[Embodiment 1]
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 1B is a plan view of a region obtained by cutting the cross section of FIG. 1A with an A-plane arrow, and FIG. 1C is a cross-sectional view of FIG. 1A cut with a B-plane arrow. FIG. This semiconductor device is an N-channel LDMOS.
図1(A)に示すように、P型シリコン基板(第2の半導体層ともいう)11の表面には第1のN型埋め込み拡散層(第2の不純物領域ともいう)12が形成されている。第1のN型埋め込み拡散層12上にはエピタキシャル層(第1の半導体層ともいう)が形成され、そのエピタキシャル層にはN型ウェル13が形成されている。N型ウェル13上にはオフセット絶縁膜としてのフィールド絶縁膜14が形成されている。フィールド絶縁膜14はLOCOS法によって形成されている。 As shown in FIG. 1A, a first N-type buried diffusion layer (also referred to as a second impurity region) 12 is formed on the surface of a P-type silicon substrate (also referred to as a second semiconductor layer) 11. Yes. An epitaxial layer (also referred to as a first semiconductor layer) is formed on the first N-type buried diffusion layer 12, and an N-type well 13 is formed in the epitaxial layer. A field insulating film 14 as an offset insulating film is formed on the N-type well 13. The field insulating film 14 is formed by the LOCOS method.
N型ウェル13にはP型ボディー領域拡散層15が形成されており、P型ボディー領域拡散層15にはN+型ソース領域拡散層18が形成されている。N型ウェル13にはN+型ドレイン領域拡散層19が形成されている。N+型ソース領域拡散層18内には部分的にP型ボディー領域拡散層15に接続するためのP+型ボディーコンタクト領域15aが形成されている。 A P-type body region diffusion layer 15 is formed in the N-type well 13, and an N + -type source region diffusion layer 18 is formed in the P-type body region diffusion layer 15. An N + type drain region diffusion layer 19 is formed in the N type well 13. A P + type body contact region 15 a for partially connecting to the P type body region diffusion layer 15 is formed in the N + type source region diffusion layer 18.
N型ウェル13及びP型ボディー領域拡散層15上にはゲート絶縁膜16が形成されており、フィールド絶縁膜14及びゲート絶縁膜16上にはゲート電極17が形成されている。 A gate insulating film 16 is formed on the N-type well 13 and the P-type body region diffusion layer 15, and a gate electrode 17 is formed on the field insulating film 14 and the gate insulating film 16.
N型ウェル13にはN+型ドレイン領域拡散層19がフィールド絶縁膜14に対して自己整合的に形成されている。P型ボディー領域拡散層15にはN+型ソース領域拡散層18がゲート電極17に対して自己整合的に形成されている。ゲート絶縁膜16はドレイン領域拡散層19とソース領域拡散層18との間に位置している。 An N + type drain region diffusion layer 19 is formed in the N type well 13 in a self-aligned manner with respect to the field insulating film 14. An N + type source region diffusion layer 18 is formed in the P type body region diffusion layer 15 in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 17. The gate insulating film 16 is located between the drain region diffusion layer 19 and the source region diffusion layer 18.
N型ウェル13には第2のN型埋め込み拡散層(第1の不純物領域ともいう)21が形成されており、第2のN型埋め込み拡散層21は第1のN型埋め込み拡散層12と接している。第2のN型埋め込み拡散層21の不純物濃度はN型ウェル13の不純物濃度より高い。 A second N-type buried diffusion layer (also referred to as a first impurity region) 21 is formed in the N-type well 13, and the second N-type buried diffusion layer 21 is connected to the first N-type buried diffusion layer 12. It touches. The impurity concentration of the second N-type buried diffusion layer 21 is higher than the impurity concentration of the N-type well 13.
第2のN型埋め込み拡散層21、ドレイン領域拡散層19、フィールド絶縁膜14及びP型ボディー領域拡散層15の相互の位置関係は次のとおりである。第2のN型埋め込み拡散層21は、ドレイン領域拡散層19の下方に位置し、少なくとも一部がドレイン領域拡散層19と平面視で重なるように配置されている。フィールド絶縁膜14のソース領域側の端部とドレイン領域拡散層19との第1の距離aよりも、フィールド絶縁膜14のソース領域側の端部と第2のN型埋め込み拡散層21との第2の距離bは大きい(a<b)。フィールド絶縁膜14のソース領域側の端部とドレイン領域拡散層19との第1の距離aよりも、P型ボディー領域拡散層15と第2のN型埋め込み拡散層21との第3の距離cは大きい(a<c)(図1(A),(B),(C)参照)。 The positional relationship among the second N-type buried diffusion layer 21, the drain region diffusion layer 19, the field insulating film 14, and the P-type body region diffusion layer 15 is as follows. The second N-type buried diffusion layer 21 is located below the drain region diffusion layer 19 and is disposed so as to at least partially overlap the drain region diffusion layer 19 in plan view. The distance between the end of the field insulating film 14 on the source region side and the second N-type buried diffusion layer 21 is larger than the first distance a between the end of the field insulating film 14 on the source region side and the drain region diffusion layer 19. The second distance b is large (a <b). A third distance between the P-type body region diffusion layer 15 and the second N-type buried diffusion layer 21 rather than a first distance a between the end of the field insulating film 14 on the source region side and the drain region diffusion layer 19. c is large (a <c) (see FIGS. 1A, 1B, and 1C).
なお、図1(B),(C)に示す第1の距離a、第2の距離b及び第3の距離cの大小関係が上記の関係と相違するのは、図1(B),(C)が平面視で描かれているためである。従って、実際の距離の大小関係は図1に示すものとなる。 1B and 1C is different from the above relationship in the first distance a, the second distance b, and the third distance c. This is because C) is drawn in a plan view. Accordingly, the actual distance relationship is as shown in FIG.
第1のN型埋め込み拡散層12は、平面視でドレイン領域拡散層19、ソース領域拡散層18、P型ボディー領域拡散層15及びゲート電極17と重なるように配置されている。 The first N type buried diffusion layer 12 is disposed so as to overlap the drain region diffusion layer 19, the source region diffusion layer 18, the P type body region diffusion layer 15, and the gate electrode 17 in plan view.
本実施の形態によれば、第2のN型埋め込み拡散層21、ドレイン領域拡散層19、フィールド絶縁膜14及びP型ボディー領域拡散層15の相互の位置関係を上記のようにa<b及びa<cとする。これにより、第2のN型埋め込み拡散層21からドレイン領域拡散層19までの電圧降下が小さくなり、第2のN型埋め込み拡散層21の電圧を安定化させることができる。LDMOSがオンの時にドレイン領域拡散層15の付近に電界が偏るという電界集中を抑制することができ、オン耐圧が向上する。 According to the present embodiment, the positional relationship among the second N-type buried diffusion layer 21, the drain region diffusion layer 19, the field insulating film 14, and the P-type body region diffusion layer 15 is expressed as a <b and Let a <c. Thereby, the voltage drop from the second N-type buried diffusion layer 21 to the drain region diffusion layer 19 is reduced, and the voltage of the second N-type buried diffusion layer 21 can be stabilized. It is possible to suppress the electric field concentration that the electric field is biased near the drain region diffusion layer 15 when the LDMOS is on, and the on-breakdown voltage is improved.
また、本実施の形態では、第1のN型埋め込み拡散層12を、平面視でドレイン領域拡散層19、ソース領域拡散層18、P型ボディー領域拡散層15及びゲート電極17と重なるように配置する。これにより、第1のN型埋め込み拡散層12によって他の素子から素子分離することができ、P型シリコン基板11のノイズの影響を低減することができる。また、第1のN型埋め込み拡散層12及び第2のN型埋め込み拡散層21によってソース領域拡散層18から第1及び第2のN型埋め込み拡散層12,21を経由したドレイン電流を増加させることができる。従って、LDMOSのオン抵抗を低減することができる。なお、本明細書において、「重なる」とは、上層のパターンと下層のパターンが平面視において重なることをいう。
また、第1のN型埋め込み拡散層12によってP型ボディー領域拡散層15とP型基板11との間のリークを抑制することができる。
In the present embodiment, the first N-type buried diffusion layer 12 is disposed so as to overlap the drain region diffusion layer 19, the source region diffusion layer 18, the P-type body region diffusion layer 15, and the gate electrode 17 in plan view. To do. Thereby, the first N-type buried diffusion layer 12 can be isolated from other elements, and the influence of noise on the P-type silicon substrate 11 can be reduced. Further, the first N-type buried diffusion layer 12 and the second N-type buried diffusion layer 21 increase the drain current from the source region diffusion layer 18 via the first and second N-type buried diffusion layers 12, 21. be able to. Therefore, the on-resistance of the LDMOS can be reduced. In the present specification, “overlap” means that the upper layer pattern and the lower layer pattern overlap in a plan view.
Further, the leakage between the P-type body region diffusion layer 15 and the P-type substrate 11 can be suppressed by the first N-type buried diffusion layer 12.
また、第2のN型埋め込み拡散層21によって第1のN型埋め込み拡散層12の電位がソース領域拡散層18の電位に近づくのを抑制でき、ドレイン領域拡散層19の付近での電界集中を抑制できる。特に、第1のN型埋め込み拡散層12の電位をドレイン領域拡散層19の電位に固定してLDMOSを使用する場合に、第1のN型埋め込み拡散層12にドレイン電流が流れても、第1のN型埋め込み拡散層12の電位が不安定となるのを抑制でき、ドレイン領域拡散層19での電界集中を抑制できる。 In addition, the second N-type buried diffusion layer 21 can suppress the potential of the first N-type buried diffusion layer 12 from approaching the potential of the source region diffusion layer 18, and the electric field concentration near the drain region diffusion layer 19 can be reduced. Can be suppressed. In particular, when the LDMOS is used by fixing the potential of the first N-type buried diffusion layer 12 to the potential of the drain region diffusion layer 19, even if a drain current flows through the first N-type buried diffusion layer 12, It is possible to suppress the potential of the N-type buried diffusion layer 12 of 1 from becoming unstable, and to suppress electric field concentration in the drain region diffusion layer 19.
なお、本実施の形態では、NチャネルLDMOSについて説明したが、Nチャネルに限定されるものではなく、導電型の配置を逆にすることで、PチャネルLDMOSについても実施することも可能である。 In this embodiment, the N-channel LDMOS has been described. However, the present invention is not limited to the N-channel, and the P-channel LDMOS can also be implemented by reversing the conductivity type.
また、本実施の形態では、第2のN型埋め込み拡散層21をN+型ドレイン領域拡散層19と接しないように配置しているが、次のように変更して実施してもよい。第2のN型埋め込み拡散層21をN+型ドレイン領域拡散層19と接するように配置する。ただし、第2のN型埋め込み拡散層21は図1(A)に示す点線を越えないように配置するのが好ましい。このようにすることで、ドレイン領域拡散層19での電界集中をより効果的に抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the second N-type buried diffusion layer 21 is arranged so as not to contact the N + -type drain region diffusion layer 19, but may be modified as follows. The second N type buried diffusion layer 21 is disposed so as to be in contact with the N + type drain region diffusion layer 19. However, the second N-type buried diffusion layer 21 is preferably arranged so as not to exceed the dotted line shown in FIG. By doing so, electric field concentration in the drain region diffusion layer 19 can be more effectively suppressed.
[実施の形態2]
以下に、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法について図2及び図3を参照しつつ説明する。図2及び図3は、図1に示す半導体装置を製造する方法を説明する断面図である。
[Embodiment 2]
A method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
図2(A)に示すように、P型シリコン基板11にN型不純物イオンを導入することで、P型シリコン基板11の表面に第1のN型埋め込み拡散層12を形成する。 As shown in FIG. 2A, by introducing N-type impurity ions into the P-type silicon substrate 11, the first N-type buried diffusion layer 12 is formed on the surface of the P-type silicon substrate 11.
次に、図2(B)に示すように、第1のN型埋め込み拡散層12にN型不純物イオンを導入することで、第1のN型埋め込み拡散層12に第2のN型埋め込み拡散層21を形成する。第2のN型埋め込み拡散層21の不純物は、第1のN型埋め込み拡散層12の不純物より濃度が高く、拡散しやすい不純物であるとよく、例えばAs、Pであるとよい。 Next, as shown in FIG. 2B, by introducing N-type impurity ions into the first N-type buried diffusion layer 12, the second N-type buried diffusion is introduced into the first N-type buried diffusion layer 12. Layer 21 is formed. The impurity of the second N-type buried diffusion layer 21 is preferably an impurity having a higher concentration than the impurity of the first N-type buried diffusion layer 12 and easily diffused, for example, As and P.
この後、図2(C)に示すように、第1及び第2のN型埋め込み拡散層12,21上にP型エピタキシャル層13aを形成する。なお、本実施の形態では、P型エピタキシャル層13aを形成するが、N型エピタキシャル層を形成してもよい。 Thereafter, as shown in FIG. 2C, a P-type epitaxial layer 13a is formed on the first and second N-type buried diffusion layers 12 and 21. In the present embodiment, the P-type epitaxial layer 13a is formed, but an N-type epitaxial layer may be formed.
次に、図2(D)に示すように、P型エピタキシャル層13aにN型不純物イオンを導入し、熱処理を施すことで、P型エピタキシャル層13aにN型ウェル13を形成する。この際の熱処理によって第1及び第2のN型埋め込み拡散層12,21の不純物イオンがN型ウェル13内に拡散される。第2のN型埋め込み拡散層21の不純物は第1のN型埋め込み拡散層12の不純物より濃度が高く、拡散しやすいため、第2のN型埋め込み拡散層21は第1のN型埋め込み拡散層12よりN型ウェル13の表面側に広がって拡散される。 Next, as shown in FIG. 2D, N-type impurity ions are introduced into the P-type epitaxial layer 13a and heat treatment is performed, thereby forming the N-type well 13 in the P-type epitaxial layer 13a. By this heat treatment, impurity ions in the first and second N type buried diffusion layers 12 and 21 are diffused into the N type well 13. Since the impurity in the second N-type buried diffusion layer 21 has a higher concentration than the impurity in the first N-type buried diffusion layer 12 and is easily diffused, the second N-type buried diffusion layer 21 has the first N-type buried diffusion layer. The layer 12 spreads from the layer 12 to the surface side of the N-type well 13 and is diffused.
この後、図3(A)に示すように、N型ウェル13にLOCOS法によりオフセット絶縁膜としてのフィールド絶縁膜14を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 3A, a field insulating film 14 as an offset insulating film is formed in the N-type well 13 by the LOCOS method.
次に、図3(B)に示すように、フィールド絶縁膜14が形成されていないN型ウェル13の表面に熱酸化法によりゲート絶縁膜16を形成する。次いで、N型ウェル13にP型不純物を導入することにより、N型ウェル13にP型ボディー領域拡散層15を形成する。次いで、フィールド絶縁膜14及びゲート絶縁膜16を含む全面上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜を加工することで、フィールド絶縁膜14及びゲート絶縁膜16上にゲート電極17を形成する。 Next, as shown in FIG. 3B, a gate insulating film 16 is formed by thermal oxidation on the surface of the N-type well 13 where the field insulating film 14 is not formed. Next, a P-type impurity is introduced into the N-type well 13 to form a P-type body region diffusion layer 15 in the N-type well 13. Next, a polysilicon film is formed on the entire surface including the field insulating film 14 and the gate insulating film 16, and the polysilicon film is processed to form a gate electrode 17 on the field insulating film 14 and the gate insulating film 16. .
次いで、N型ウェル13にN+型ドレイン領域拡散層19をフィールド絶縁膜14に対して自己整合的に形成し、且つP型ボディー領域拡散層15にN+型ソース領域拡散層18をゲート電極17に対して自己整合的に形成する。次いで、N+型ソース領域拡散層18内に、部分的にP型ボディー拡散層15に接続するためのP+型ボディーコンタクト領域15aを形成する。 Next, an N + type drain region diffusion layer 19 is formed in the N type well 13 in a self-aligned manner with respect to the field insulating film 14, and an N + type source region diffusion layer 18 is formed on the P type body region diffusion layer 15 as a gate electrode. 17 in a self-aligned manner. Next, a P + type body contact region 15 a for partially connecting to the P type body diffusion layer 15 is formed in the N + type source region diffusion layer 18.
図4の左側は、図3(B)に示すNチャネルLDMOSのオンブレーク時の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。オンブレーク時の電位分布とはLDMOSが壊れる寸前の電位分布である。このシミュレーションでは、0Vから電圧を上げていき、壊れる寸前の電位分布を示しており、ドレイン電圧Vdが55.2Vでドレイン電流Idが2mA/μmの時の電位分布である。 The left side of FIG. 4 is a diagram showing the simulation result of the potential distribution during the on-break of the N-channel LDMOS shown in FIG. The potential distribution at the time of on-break is a potential distribution just before the LDMOS is broken. In this simulation, the voltage distribution is increased from 0V and shows a potential distribution just before it breaks, and is a potential distribution when the drain voltage Vd is 55.2V and the drain current Id is 2 mA / μm.
これに対し、図4の右側は、比較例として図5に示すNチャネルLDMOSのオンブレーク時の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、ドレイン電圧Vdが17.1Vでドレイン電流Idが0.5mA/μmの時の電位分布である。 On the other hand, the right side of FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the potential distribution during the on-break of the N-channel LDMOS shown in FIG. 5 as a comparative example. This simulation shows the potential distribution when the drain voltage Vd is 17.1 V and the drain current Id is 0.5 mA / μm.
図4の左側は、右側に比べてドレイン領域での等電位線の本数が減っており、ドレイン領域での電界集中が緩和され、本実施の形態のLDMOSの方が比較例に比べて壊れにくくなっていることが分かる。 In the left side of FIG. 4, the number of equipotential lines in the drain region is reduced compared to the right side, the electric field concentration in the drain region is reduced, and the LDMOS of this embodiment is less likely to break than the comparative example. You can see that
なお、本発明において、特定のA(以下「A」という)の上(または下)に特定のB(以下「B」という)を形成する(Bが形成される)というとき、Aの上(または下)に直接Bを形成する(Bが形成される)場合に限定されない。Aの上(または下)に本発明の作用効果を阻害しない範囲で、他のものを介してBを形成する(Bが形成される)場合も含む。 In the present invention, when a specific B (hereinafter referred to as “B”) is formed above (or below) a specific A (hereinafter referred to as “A”) (when B is formed), Or, it is not limited to the case where B is directly formed (below). It includes the case where B is formed (otherwise B) is formed on the upper side (or the lower side) of A through other things as long as the effects of the present invention are not inhibited.
11…P型シリコン基板、12…第1のN型埋め込み拡散層、13…N型ウェル、13a…P型エピタキシャル層、14…フィールド絶縁膜、15…P型ボディー領域拡散層、15a…P+型ボディーコンタクト領域、16…ゲート絶縁膜、17…ゲート電極、18…N+型ソース領域拡散層、19…N+型ドレイン領域拡散層、21…第2のN型埋め込み拡散層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... P-type silicon substrate, 12 ... 1st N-type buried diffusion layer, 13 ... N-type well, 13a ... P-type epitaxial layer, 14 ... Field insulating film, 15 ... P-type body region diffusion layer, 15a ... P + Type body contact region, 16 ... gate insulating film, 17 ... gate electrode, 18 ... N + type source region diffusion layer, 19 ... N + type drain region diffusion layer, 21 ... second N type buried diffusion layer.
Claims (6)
前記第1の半導体層に形成された第1導電型のドレイン領域と、
前記第1の半導体層に形成された第2導電型のボディー領域と、
前記ボディー領域に形成された第1導電型のソース領域と、
前記第1の半導体層上に形成され、前記ドレイン領域と前記ボディー領域との間に位置するフィールド絶縁膜と、
前記第1の半導体層及び前記ボディー領域上に形成され、前記ドレイン領域と前記ソース領域との間に位置するゲート絶縁膜と、
前記フィールド絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記第1の半導体層に形成された第1導電型の第1の不純物領域と、
を具備し、
前記第1の不純物領域は、少なくとも一部が前記ドレイン領域と平面視で重なり、
前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記第1の不純物領域との第2の距離が大きく、
前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記ボディー領域と前記第1の不純物領域との第3の距離が大きいことを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
A drain region of a first conductivity type formed in the first semiconductor layer;
A second conductivity type body region formed in the first semiconductor layer;
A first conductivity type source region formed in the body region;
A field insulating film formed on the first semiconductor layer and positioned between the drain region and the body region;
A gate insulating film formed on the first semiconductor layer and the body region and positioned between the drain region and the source region;
A gate electrode formed on the field insulating film and the gate insulating film;
A first impurity region of a first conductivity type formed in the first semiconductor layer;
Comprising
At least a portion of the first impurity region overlaps the drain region in plan view,
A second distance between the end of the field insulating film on the source region side and the first impurity region, rather than a first distance between the end of the field insulating film on the source region side and the drain region. Is big,
A semiconductor device, wherein a third distance between the body region and the first impurity region is larger than a first distance between an end of the field insulating film on the source region side and the drain region. .
前記第1の不純物領域に接する第1導電型の第2の不純物領域を有し、
前記第2の不純物領域は、平面視で前記ドレイン領域、前記ソース領域、前記ボディー領域及び前記ゲート電極と重なることを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
A second impurity region of a first conductivity type in contact with the first impurity region;
The semiconductor device, wherein the second impurity region overlaps the drain region, the source region, the body region, and the gate electrode in plan view.
前記第2の不純物領域は、前記第1の半導体層下に位置する第2の半導体層に形成されていることを特徴とする半導体装置。 In claim 2,
The semiconductor device, wherein the second impurity region is formed in a second semiconductor layer located below the first semiconductor layer.
前記第1の不純物領域は、前記ドレイン領域と接することを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The semiconductor device, wherein the first impurity region is in contact with the drain region.
前記第2の不純物領域に第1導電型の第1の不純物領域を形成し、
前記第1の不純物領域及び前記第2の不純物領域を含む前記半導体基板上にエピタキシャル層を形成し、
前記エピタキシャル層に第1導電型のウェルを形成し、前記ウェルに前記第1の不純物領域の不純物を熱拡散させ、
前記ウェル上にフィールド絶縁膜を形成し、
前記ウェル上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ウェルに第2導電型のボディー領域を形成し、
前記フィールド絶縁膜及び前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成し、
前記ウェルに第1導電型のドレイン領域を前記フィールド絶縁膜に対して自己整合的に形成し、且つ前記ボディー領域に第1導電型のソース領域をゲート電極に対して自己整合的に形成し、
前記フィールド絶縁膜は、前記ドレイン領域と前記ボディー領域との間に位置し、
前記第1の不純物領域は、少なくとも一部が前記ドレイン領域と平面視で重なり、
前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記第1の不純物領域との第2の距離が大きく、
前記フィールド絶縁膜の前記ソース領域側の端部と前記ドレイン領域との第1の距離よりも、前記ボディー領域と前記第1の不純物領域との第3の距離が大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a second impurity region of the first conductivity type in the semiconductor substrate;
Forming a first impurity region of a first conductivity type in the second impurity region;
Forming an epitaxial layer on the semiconductor substrate including the first impurity region and the second impurity region;
Forming a first conductivity type well in the epitaxial layer, thermally diffusing the impurity in the first impurity region in the well;
Forming a field insulating film on the well;
Forming a gate insulating film on the well;
Forming a second conductivity type body region in the well;
Forming a gate electrode on the field insulating film and the gate insulating film;
Forming a drain region of a first conductivity type in the well in a self-aligned manner with respect to the field insulating film, and forming a source region of a first conductivity type in the body region in a self-aligned manner with respect to a gate electrode;
The field insulating film is located between the drain region and the body region,
At least a portion of the first impurity region overlaps the drain region in plan view,
A second distance between the end of the field insulating film on the source region side and the first impurity region, rather than a first distance between the end of the field insulating film on the source region side and the drain region. Is big,
A semiconductor device, wherein a third distance between the body region and the first impurity region is larger than a first distance between an end of the field insulating film on the source region side and the drain region. Manufacturing method.
前記第2の不純物領域は、平面視で前記ドレイン領域、前記ソース領域、前記ボディー領域及び前記ゲート電極と重なることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In claim 5,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second impurity region overlaps the drain region, the source region, the body region, and the gate electrode in plan view.
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